[图片上图]美国海军研究实验室科学家（从左到右）Boris Feygelson，Heonjuene Ryou和James Wollmershauser共同努力，他们共同努力，推动了纳米固定陶瓷的边界。信用：美国海军研究实验室
美国海军研究实验室（华盛顿特区）的研究人员已经达到了新的低点。
“A few years ago, NRL was the first to show that if you decrease the grain size of ceramics to tens of nanometers, the hardness and strength increase,” James Wollmershauser, a materials research engineer in NRL’s Materials Science and Technology Division, says in a recentNRL新闻稿。“我们目前的工作将进一步发展。我们减少了完全致密的陶瓷的晶粒尺寸，以记录单个数字的破碎，并分析了具有广泛纳米晶粒范围的陶瓷中的弹性，硬度，能量耗散和断裂行为。”
我写了先前的研究上今天的陶瓷技术四年前。当时和现在，NRL团队的大型发展的关键是一种技术，它使科学家可以烧结具有记录型谷物尺寸的纳米晶陶瓷。
纳米结合技术适当地称为环境控制的压力辅助烧结（EC-PAS），将完整的环境控制与压力辅助烧结结合在一起，以使陶瓷纳米颗粒具有致密性。在EC-PAS中，清洁纳米颗粒的高表面能与压缩烧结相结合增加了致密化的驱动力。
这允许在较低的温度下进行烧结 - EC-PA可以在〜640–850ºC下进行，而铝酸镁尖晶石的压力通常在1500-1600ºC下进行。由于较高的温度促进了谷物的生长，因此在较低温度下致密的能力使EC-PAS可以制造密集的陶瓷，而谷物生长很少。
NRL科学家以前的研究实现了谷物尺寸小至28 nm（并反驳了先前的假设，即Hall-Petch关系以如此小的谷物尺寸分解），新研究的创纪录的低点 - 宽度仅为3.6 nm。
NRL博士后Heonjune Ryou操作实验室机械以制造纳米晶陶瓷。信用：美国海军研究实验室
NRL团队对这些纳米晶陶瓷的分析表明，如此小的谷物具有独特的能力 - 它们的超小谷物比较大的谷物尺寸更好地散发了机械能。
尽管科学家尚不确定这些效果背后是什么机制，但他们的工作确实表明它不是应变率敏感的，消除了基于蠕变或基于扩散的机制。
然而，该研究确实提出了一些证据，表明纳米晶陶瓷的独特微观结构正在推动应变适应性的变化 - 与较小的晶粒尺寸（<8 nm）相关的密度与晶粒边界三个连接的体积分数迅速增加。
尽管如此，无论采用什么机制，NRL研究最终都表明，较小的晶粒大小可以更好地耗散这些纳米晶陶瓷的机械能。
这对于诸如陶瓷装甲之类的材料的能力很重要 - 在应用中，消散机械能量的能力可能意味着穿着陶瓷装甲的人的生与死问题。另外，更强大的陶瓷还允许使用更少的材料，从而使重量装甲能够牺牲强度。
除了现有应用外，更好地控制晶粒尺寸的能力进一步打开了设计材料的功能，即调整对制造参数的控制可以设计具有量身定制的特性和特定特性的陶瓷的想法。
“当我们进行这项研究时，我们开始对其他应用程序建立愿景。我们意识到，我们可以在纳米晶体材料中以更广泛的视角进行这项研究，” NRL电子科学技术部材料研究工程师Boris Feygelson领导纳米插入工作，他在新闻稿中说。“ EC-PAS为探索纳米结构材料中许多现象的极限打开了大门。装甲材料只是开始。因此，可以说……继续关注。”
该研究发表在ACS纳米， 是 ”纳米晶陶瓷的Hall-petth限制下方”（doi：10.1021/acsnano.7b07380）。